II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI ALGORITMI PER LA RICOSTRUZIONE E LA CALIBRAZIONE DI JET E E T IN ATLAS E CMS

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004

M.D’ALFONSO, F.SARRI

ALGORITMI PER LA RICOSTRUZIONE E LA

CALIBRAZIONE DI JET E ET IN ATLAS E CMS

ALGORITMI PER LA RICOSTRUZIONE E LA

CALIBRAZIONE DI JET E ET IN ATLAS E CMS



Sommario

Fisica dei jet

Ricostruzione e risoluzione dei jet:•calibrazione calorimetri•algoritmi per la ricostruzione di jet•calibrazione in situ

Ricostruzione e risoluzione di ETmiss



Fisica dei Jet

•I partoni dello stato finale producono jet collimati di particelle la cui energia è misurata nei calorimetri. Gli sciami adronici sono composti :energia EM (π0 γ γ);energia non EM visibile (dE/dx da π, μ,…)energia invisibile (eccitazioni nucleari, …)energia che sfugge (ν).

•Un algoritmo ideale permette di associare il deposito di energia nelle celle calorimetriche ai partoni dello stato finale.

gen

eraz

ion

e

ricostru

zion

e



Sistema calorimetrico di ATLAS

Tile CalorimetersTile Calorimeters

Electromagnetic Liquid Argon Calorimeters

Electromagnetic Liquid Argon Calorimeters

Forward Liquid Argon CalorimetersForward Liquid Argon Calorimeters

η=1.475

η=1.8

η=3.2

Hadronic Liquid Argon EndCap CalorimetersHadronic Liquid Argon EndCap Calorimeters

EM LAr || < 3 :

Pb/LAr 24-26 X0

3 sezioni longitudinali 1.2

= 0.025 0.025 – 1% equal.

Central Hadronic || < 1.7 :

Fe(82%)/scintillatore(18%)

3 sezioni longitudinali 7.2

= 0.1 0.1

End Cap Hadronic 1.7 < < 3.2 :

Cu/LAr – 4 sezioni longitudinali

< 0.2 0.2

Forward calorimeter 3 < < 4.9 :

EM Cu/LAr – HAD W/LAr

3 sezioni longitudinali

EE

8.1%8.1

%9.41

E



Sistema calorimetrico di CMS

EM calorimeter || < 3 :

PbW04 crystals

1 sezione longitudinale 1.1 ,

= 0.0174 0.0174

Central Hadronic || < 1.7 :

Cu(70%)+Zn(30%)/scintillatore+WLS

2 + 1 (HO) sezioni longitudinali

5.9 + 3.9 (|| =0)

= 0.087 0.087

Endcap Hadronic 1.3< || < 3 :

Cu(70%)+Zn(30%)/scintillatore+WLS

2/3 sezioni longitudinali 10

= ~0.15 0.17Forward calorimeter 2.85 < < 5.19:

Ferro/fibre di quarzo = ~0.175 0.17

120% 5%EE E



•Calibrazione con sorgente radioattiva.•Misure con fasci di test :-elettroni e pioni a varie energie e in varie configurazioni per linearità, risoluzione, e/π (e/h), sviluppo longitudinale degli shower, input MC. -muoni per confronto con la sorgente radioattiva, input MC.

Definizione della scala di energia per i calorimetri.

ADC GeV

Calibrazione dei calorimetri

e/h > 1 COMPENSAZIONE

Erec = EEM + ( H1 + H2 + H3)

> 1 corregge per e/h > 1.

Il coefficiente utlizzato è costante.

CMS metodo H1 [NIM-A1809(1981)429] :

Erec = WEM(Ecell,Epart)Ecell +WHAD(Ecell,Epart)Ecell

W ottenuti minimizzando la risoluzione e imponendo la linearità.

ATLAS



Test beamCMS TB 2004

e/e/ in in scala elettromagnetic

a e/h = 1.36-1.5

in had. cal.

ATLAS : EM LAr + Tile

/E

EE

8.1%8.1

%9.41

E

Profilo longitudinale degli shower



Algoritmi dei jet

Due step di un algoritmo per la ricostruzione dei jet :

1. Raggruppare gli adroni, celle calorimetriche, … in base alla “vicinanza” :

vicinanza in angolo algoritmo a cono

vicinanza in impulso trasverso e angolo KT

2. Definire le quantità cinematiche da associare al jet.

Schema di Ricombinazione : è la regola di somma dei momenti per le particelle che sono state identificate con un jet.



Algoritmo a cono

R ETseed S

ATLAS 0.7* 2 GeV 50%

CMS 0.5* 1 GeV -

Vengono associate le torri entro un raggio ΔR attorno al seed ( ) e viene calcolato il baricentro del jet.

22 R

Vengono selezionate le torri calorimetriche con ET > ETseed

Questa procedura viene iterata fino al raggiungimento di un cono stabile.

k

kT

jetT EE

jetT

k kkTjet

E

E

jetT

k kkTjet

E

E

AT

LA

S I getti che condividono più di una percentuale S di energia vengono uniti altrimenti le torri in comune si assegnano al jet più vicino

CM

S le torri che appartengono al jet stabile vengono rimosse

esempio di recombinatio

n scheme

(*) bassa luminosità



Algoritmo KT

se (dmin = dii) jet

se (dmin = dij) uniscono i e j (4-vector sum) in un nuovo dii

ESEMPIO

precluster jet

2

2ij2

jT,2

iT,ij

2iT,ii

D

ΔR)k,min(kd

kd

Lista di precluster.

Per ogni preclustrer i e per ogni coppia di precluster i,j si definiscono:

e si cerca il d minimo.



metodo alla H1 : •l’energia si calcola con una somma pesata dell’energia delle celle nelle varie segmentazioni longitudinali dei calorimetri; •i pesi dipendono dal sample calorimetrico, dall’energia della cella;•vengono calcolati minimizzando la risoluzione in energia rispetto all’energia del jet MC.

Calibrazione dei jet

ii

ic EwE Re

CMSCorrezioni con coefficienti

costanti

ET(corr) = (1/(Risposta) ) * ET(rec)

Risposta = ET(rec)/ ET(corr) funzione di ET e η

definita su eventi MC

I jet devono essere ricalibrati (e/, crack dei rivelatori, … )

ATLAS

CMSCorrezioni con tracce

vedi presentazione su E-Flow



Eventi a di QCD a 2 jet (ATLAS ) (1)eventi con noise, algoritmo a cono e KT pT > 35, 70, 140, 280, 560,1120, 2240, 4480 GeV

F.Paige, talk agosto 2004

Il rapporto E/EMC per i jet calibrati è molto vicino a 1, ma ancora non entro

1%.

KT

cono

possibile parametrizzazione :

di e

ecbaw

)/(

16 bin di ln(Ecell/V) e = e-esimo bin

di energia



%2.1%62)(

EE

E

Eventi a di QCD a 2 jet (ATLAS ) (2)

linearità entro il 2%

eventi senza noise e pile-up, algoritmo a cono pT > 35, 70, 140, 280,

560,1120, 2240, 4480 GeVC.Roda, I.Vivarelli, ATLAS SW 09-2004

i

MCiMCiMCii E

EbEaEEw

)()(),( altra

parametrizzazione



Eventi a di QCD a 2 jet (ATLAS ) (3)

C.Roda, I.Vivarelli, ATLAS SW 09-2004

Noise simulato e taglio a 2σ

linearità ancora entro il 2%



Correction = 1/ (Response(η)*

Response(PT))

By Robert Harris

Eventi a di QCD a 2 jet (CMS )

eventi senza pile-up algoritmo a cono con ΔR = 0.5

Corrected Response vs. PT (|η| < 1)



Energia del partone

Dal jet ricostruito alla misura assoluta dell’energia del jet partonico – richiesta 1% precisione sulla scala dei jet :

• riscalare l’energia ricostruita (trasversa), correzione energia persa fuori dal cono ed in particelle neutre;

• sottrazione dell’energia non associata alla interazione forte : underlying event, multiple interactions, pile-up, noise.

Calibrazione in situ



Calibrazione “in situ”Monitorare e intercalibrare il rivelatore

:

Eventi per la calibrazione dei jet :

W jj : si impone la massa Wmassa W. Gli eventi sono generati da decadimento delle coppie ttbar in cui uno dei due W prodotti decade leptonico.

Z+j : si richiede che Z e+e-,+- e jet siano back-to-back ppTTZ = pZ = pTTjj.

+j : si richiede che e jet siano back-to-back ppTT

= p= pTTjj . Statistica molto piu` alta che per Z+j.

muoni cosmici;muoni di beam halo;eventi di minimum bias;eventi di singoli adroni; eventi a 2 jet (pTj1 = pTj2pTj1 = pTj2 ).



Z+jet (ATLAS)

Z + jet + jet

jetT

ZT pp La calibrazione si

ottiene imponendo :verificata solo approssimativamente per la presenza di

ISR

Efficienza per la selezione degli eventi 10%

30% running efficiency In 1 mese si hanno circa 30000 Z+jet nel barrel (1033

cm-2sec-1)Prima della calibrazione

6%

Dopo la calibrazione

rawT

ZT

rawT

p

pp

5 fb-1

light jets

1%

Studio con fast simulation

AT

L-P

HY

S-2

002-

026

partoneT

partoneT

calT

p

pp



+ jet (CMS)

Goal: trovare coefficienti per:-light quark, jet di b, jet di QCD-differenti algoritmi di ricostruzione del jet-diverse E,η

usando il bilanciamento PT (γ) – PT (parton )

Kjet = PT(reco) / PT(γ) ET(corr) = ( 1 / Kjet ) * ET(reco)

NB : importanti gli errori sistematici



+ jet (CMS) by V. Konoplianikov

errori sistematici : ISR, tagli di selezione,

fondo jet-jet,….



Ricostruzione di ETmiss :

Calibrazione di ETmiss : i coefficienti sono gli stessi trovati per i jet(altri algoritmi sotto studio)

Ricostruzione e calibrazione di ETmiss• Ricostruzione di ETmiss :

tutte le celle dei calorimetri in ||< 5:

• Calibrazione di ETmiss :

Nelle regioni del Barrel e dell’EndCap si usano gli stessi pesi alla H1 trovati per i jes.

Per FCAL pesi alla H1 trovati per ETmiss.

ETmiss = EXmiss 2 + EYmiss 2 EX(Y)miss = EX(Y) calo cells SumET = ET calo cells

ATLA

S

)30(

)5.0(

)5.0(

),(,

,,

GeVECC

RE

REC

ECEmissE

Tjettorre

recT

particelleTjet

torrijetT

torrijettorrijetT

CM

S



(Physics) ETmiss Resolution = ( Ex(y)miss Rec ||< 5 - Ex(y)miss

Truth )ETmiss Resolution SumET

Z and A DC1 data ttbar DC1 data

No Noise added in DC1

No cryostat correction

PHYS TDRNoise added

Ecell > 1.5 (Noise)

D.Cavalli ATLAS SW 03-2004

Risoluzione di ETmiss (ATLAS)



pt(jet) > 15 GeV,||<2.5pt(lep) > 15 GeV,||<2.5 < 2.7 or > 3.6

La risoluzione di ETmiss peggiora di ~ 30 % (m) increases ~ 10 %

Z

No-noisenoise

Il contributo del noise non tagliato alla risoluzione di ETmiss è circa 13GeV. L’effetto del noise è molto grande per eventi di Z per i quali la risoluzione in ETmiss è ~6GeV senza noise: è necessario tagliare a 2 sigma.

Effetto del noise sulla risoluzione di ETmissD.Cavalli ATLAS SW 03-2004



Ricostruzione e risoluzione di ETmiss in eventi ttbar (CMS)

es: ETmiss 50 GeV risoluzione 30 - 35%

opzioni di ricostruzione di ETmiss: a livello di torri o da oggetti ricostruiti

by Hipeng Pi

GeV GeV

Lavoro agli i

nizi



In eventi di QCD, la ETmiss con ricostruzione da jet o torri e’

influenzata da sorgenti irriducibili come Minimum bias, rumore …

GeV

Ricostruzione di ETmiss in eventi di QCD (CMS)

Lavoro agli i

nizi

by Hipeng Pi



Conclusioni

Dallo scorso anno molto lavoro è stato svolto per lo sviluppo degli algoritmi per la ricostruzione di jet e ETmiss.

I risultati raggiunti si stanno avvicinando a quelli del TDR (ATLAS).

Per CMS si stanno definendo le strategie di calibrazione per la scala di energia dei jet e ETmiss

Il lavoro sta ancora continuando … aspettando il giorno 1!



backup



Calorimetri di CMS : risposta a pioni e elettroni

TB 2004



fondo :eventi jet - jet

Sistematici per eventi γ + jet (CMS)



Following plot shows the resolution of various correction methods to QCD jets for missing ET studies

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